阐述了我国垃圾焚烧发电技术的研究进展,分析了垃圾焚烧发电技术的优势和存在的环境问题,从排放标准、规模工艺、企业管理等方面提出了一些建议及对策。
1引言
随着我国经济持续增长,城市化进程不断加快,生活垃圾作为城市代谢的产物大量产生。资金紧缺,大量垃圾只能作简单处理,或直接堆放于地表上,浪费大片土地资源,使我国城市普遍面临垃圾围城的局面,已构成城市环境污染的一个重要因素。妥善处理城市生活垃圾对于发展循环经济,建设资源节约型、环境友好型社会有着十分重要的作用。但如何选择一种处理效果好、投资合理、工艺科学、运行费用低的处理方案,是值得认真探索和研究的课题。生活垃圾焚烧发电技术是垃圾处理的一个重要方向,是生活垃圾减量化、资源化、无害化的最有效手段。
我国垃圾焚烧发电技术始于1986年深圳清水河环卫综合处理厂引进日本三菱重工的马丁炉排焚烧技术和设备,1989年该项目竣工并正式运行,这是垃圾焚烧第一次在中国出现。20世纪90年代,国内很多地方开始引进国外垃圾焚烧技术设备,典型项目有宁波枫林垃圾焚烧厂等;同时,国内的一些企业也自主研发了一些焚烧炉,但当时设计的焚烧炉均无发电系统,烟气净化采用烟气过水除尘方式,十分简陋。2000年环保部门出台《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》,对生活垃圾焚烧处理的燃烧条件、热能利用和污染排放进行了要求,国产简易垃圾焚烧设施相继被拆除。2000年北京市海淀区上庄垃圾转运站日处理100t垃圾的中式焚烧炉通过了科技部和中科院的联合验收,拉开了我国垃圾焚烧发电的序幕。截至2010年,全国竣工和在建的垃圾焚烧发电项目约160座。
2垃圾焚烧发电技术工艺流程
垃圾焚烧发电是把各种垃圾收集后,对热值较高的部分进行高温焚烧,在高温焚烧中产生的热能转化为高温蒸汽推动涡轮机转动,使发电机产生电能。其主要流程见图1。
(1)减容效果好。垃圾焚烧处理可以使城市垃圾的体积减少80%~90%,减轻或消除后续处置过程对环境的影响。
图1垃圾焚烧发电主要工艺流程
(2)消毒彻底。高温燃烧可以使垃圾中的有害成分得到完全分解,并彻底杀灭病原菌,尤其是对可燃性致癌物、病毒性污染物、剧毒性有机物等。
(3)有利于实现城市垃圾的资源化。垃圾焚烧产生高温烟气,其热能被废热锅炉吸收转化为蒸汽,可用来供热或发电。
(4)处理效率高,焚烧厂占地面积小,可节约城市用地。
(5)经济效益可观。如果处理得当,利用1t垃圾可发电300~400kW˙h,由于垃圾焚烧发电厂的服务期限一般为25年左右,这意味着其稳定收益期将长达25年。而且垃圾焚烧发电厂的运营成本低廉并享有一定的税收优惠政策,能给投资者带来稳定、高额的回报。
3垃圾焚烧发电存在的环境问题
3.1二恶英的排放
二恶英全称分别是多氯二苯并二恶英和多氯二苯并呋喃。二恶英的毒性与氯原子取代的位置密切相关,尤其以2、3、7、8这4个共平面取代的位置上都有氯原子的二恶英同族体具有毒性,2、4、7、8TCDD被公认为是最毒物。毒性约为氰化钾的1 000倍,俗称世纪剧毒。
3.2废水、废气污染
垃圾进入焚烧发电厂后,在卸料、堆放、加料过程中,易产生恶臭气体,主要污染因子为H2S、NH3等。垃圾车在卸料过程中因卸料门开启、垃圾遗撒等原因,会造成电厂卸料平台存留部分垃圾臭气。垃圾堆放、燃烧过程会产生渗沥液,应将渗沥液收集并进行处理。
3.3固体废物的污染
焚烧后的垃圾含有重金属铅、镉、汞等。如果不能妥善处理这些废物,将会对人的身体健康构成极大威胁。目前在美国,垃圾发电焚化炉是汞污染的第二大罪魁祸首。
4合理利用焚烧发电技术
4.1重新制定垃圾焚烧发电厂的排放标准
我国的垃圾焚烧发电厂排放标准是2001年颁布的《生活垃圾焚烧污染控制标准》,与欧洲国家标准相差较多。其中二恶英类排放限值我国为1TEQ-ng/m3,而欧盟为0.1TEQ-ng/m3。由于焚烧过程不透明,存在厂家偷工减料的现象,焚烧质量无从保证。根据中科院大连化学物理所和中科院研究生院对国内19家垃圾焚烧厂历时1年调研二恶英排放情况发现,16%的厂家达不到我国标准,70%的厂家达不到欧洲标准。检测分析显示,19个样本焚烧炉的二恶英/呋喃物质的排放量在0.042~2.461,平均值为0.423TEQ-ng/m3,远高于欧盟标准。为了垃圾焚烧发电产业的健康发展和人民群众的健康,有必要重新制定严格的新标准。
4.2严格要求规模及工艺
垃圾焚烧发电厂必须具有一定的规模,这样才能实现其可持续生产的目的,如果规模不够,不仅不能盈利,还要财政补贴,也没有足够的资金来采用更加先进的工艺设备,其排放的污染物也很难达到国家的排放标准。新建焚烧发电厂应优先选用成熟技术,审慎采用目前尚未得到实际应用验证的焚烧炉型。其中基本技术要求:生活垃圾在焚烧炉内应得到充分燃烧,二次燃烧室内的烟气在不低于850℃的条件下滞留时间不小于2s,焚烧炉渣热灼减率应控制在5%以内。
4.3规范生活垃圾处理企业环境管理
生活垃圾处理企业要建立污染排放日常监测制度,定期向环境保护行政主管部门和市容环卫行政主管部门报告运行情况,监测结果要向社会公开。新建生活垃圾焚烧设施必须安装自动监测系统,对燃烧温度等主要运行工况和烟尘、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等主要污染物排放情况进行实时监测,并在企业主要出入口附近等显着位置设立显示屏,向社会公示监测数据。自动监测系统应当与环境保护行政主管部门和市容环卫行政主管部门联网。
4.4健全垃圾分类与回收处理机制
垃圾分类与回收处理不仅可以减少可利用资源的浪费,使得垃圾焚烧的成本降低,燃烧效率更高,而且燃烧过程中产生的污染物也会减少。90%的垃圾可以回收并重新利用,如能将垃圾分类与回收做到极致,不仅能够提高原料利用率,减少不必要的浪费,而且将从根本上减少垃圾焚烧发电厂与填埋场的建设。应将垃圾分类与回收和垃圾焚烧发电更好地结合起来,垃圾焚烧发电的前提是必须做好垃圾分类与回收工作。
4.5项目全过程必须公开透明
在项目立项、选址、环境评估等全过程中,必须做到公开透明。应充分注意公众的广泛性与代表性。在公众知情的情况下开展环评工作,告知公众该项目的有关信息,主要的环境影响、影响范围和程度。
5我国生活垃圾发电技术的发展趋势
循环流化床燃烧技术是20世纪70年代逐渐发展起来的先进燃烧技术,由于具有对低热值燃料的适应性和优异的环保性能,在常规及劣质燃料燃烧领域迅速发展、成熟。以中国科学院、清华大学、浙江大学等为代表的中国流化床燃烧技术学派开展了大量循环流化床燃烧技术的应用研究,为该技术拓展到垃圾焚烧领域奠定了坚实的基础,是国内自主研发、完全具有自主知识产权且全部设备实现国产化的技术。流化床焚烧项目由于建设成本低、环保性能良好而在国内垃圾焚烧发电行业占据半壁江山。
从世界上垃圾焚烧技术的发展趋势来看,已经把降低二次污染、提高环保水平作为评价焚烧技术优劣的优先原则。中科院生态环境研究中心在焚烧中对二恶英类物质的控制技术领域处于世界领先地位,并通过中科集团、北京中科通用能源环保有限责任公司在实际项目中进行了试验。中科通用建设的生活垃圾焚烧设施,以山东泰安项目为例,2009年8月投产后,分别于当年11月和次年1月进行了烟气二恶英类物质浓度监测,结果分别为平均0.034 TEQ-ng/m3和0.009TEQ-ng/m3,其余各项环保监测指标完全满足国家规定的排放要求,处于国内领先水平。
污泥和垃圾混烧将是流化床焚烧项目的发展趋势。目前已有不少流化床垃圾焚烧项目掺烧污泥,掺烧的污泥按水分高低分为两种:一种是湿污泥,含水率80%左右;另一种是干污泥,含水率40%左右。根据实际运行经验看,直接掺烧湿污泥,掺烧的量不能太大,20%以下对设备和燃烧状况影响不大,大于20%运行比较困难;而掺烧干污泥,掺烧量多少对设备和燃烧状况影响都不大。所以,干化后的污泥和垃圾一起混烧将是发展趋势。
掺煤量的逐步减少是流化床垃圾焚烧技术的另外一个发展趋势。早期的流化床焚烧项目,由于设备技术不完善、监管不到位和市场混乱等因素,流化床垃圾焚烧炉的掺煤量比较大。随着国内原煤价格的不断高涨,不少企业也积极探索流化床不掺烧煤的垃圾焚烧技术,目前浙江乔司、嘉兴等地已有不掺烧煤的流化床垃圾焚烧发电厂在运行。所以,从长远看,少掺煤甚至不掺煤是流化床垃圾焚烧项目的发展方向。
6结语
生活垃圾焚烧发电项目作为生活垃圾减量化、资源化、无害化的最有效手段,是垃圾处理的一个重要发展方向。与填埋、堆肥等传统垃圾处置方式相比,由于其
技术含量高、环保要求严,可显着减少垃圾的体积和重量,并能综合利用余热和废渣,带来的环境改善最长远。同时,需要政府制定相关政策法规,及时做好垃圾分类,监管垃圾焚烧发电厂的排放污染物指数,使之能够符合我国相关排放要求。
